专利名称：一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料制备方法，尤其是涉及一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法。
背景技术：
纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。 当纳米粒子的尺寸下降到一定值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续转变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质，如高的光学非线性， 特异的催化和光催化性质等。当纳米粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长，超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现与块体材料截然不同的现象。三硫化二铟是金属硫化物材料中非常重要的一种，在发光材料、光敏材料、太阳能电池中被广泛的研究和应用，同时它是环境友好因而成为研究的热点。目前已有研究通过声化学法，光化学沉淀法，化学气相沉积法，水热法，模板法等制备了三硫化二铟纳米棒、 纳米管以及纳米空心球等等，具体可以参考文献Chem. Mater. 2001, 13，2195 - 2200 ； J. Mater. Chem. 2002，12，98-102 ； Journal of Crystal Growth 2010，312，656 -661 ；CrystEngComm 2011, 13，182 - 187等。以上方法均可以制备得到具有纳米结构的三硫化二铟材料，但是反应条件多相对复杂，反应时间长，有些则反应温度过高带来安全性隐
患
发明内容
本发明的目的是提供一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法，采用水热制备片状形貌、具有高比表面积和极高的可见光降解性能的三硫化二铟纳米结构材料。为了能达到上述目的，本发明采用的技术方案的步骤如下
(1)将四水合三氯化铟晶体加入到水溶剂中，制备出含铟离子的溶液反应体系；
(2)向该含有铟离子的溶液反应体系中加入十六烷基三甲基溴化铵粉末，搅拌均勻后， 得到澄清溶液；
(3)向第(2)步得到的澄清溶液加入一定量的硫代乙酰胺，磁力搅拌直至溶解，形成淡黄色溶液，该溶液作为三硫化二铟的先驱体溶液；
(4)采用水热方法，将第(3)步所得的先驱体溶液移至三口圆底烧瓶加热回流，通过改变反应温度，改变溶剂和表面活性剂能够得到不同形貌的三硫化二铟纳米材料，将水热后所得的产物经洗涤、干燥后得到黄色粉末，该粉末为最终的三硫化二铟纳米结构材料。在第(1)步所述的铟离子的溶液反应体系中，四水合三氯化铟晶体的质量与水溶剂体积的比例为0. 231g/25ml。在第(2)步所述的十六烷基三甲基溴化铵的加入量为260mg/25ml (每25ml溶液反应体系添加260mg十六烷基三甲基溴化铵)。在第(3)步所述的硫代乙酰胺加入量为178mg/25ml。在第(4)步所述的水热法是一种在回流装置中通过加热，并保持常压且恒定的反应条件下的一种湿化学方法，加热温度为80°C 95°C，加热时间为SOmin ；所得三硫化二铟纳米材料的形貌为薄片或有三硫化二铟薄片组成的花状团簇；反应所得到的不同形貌三硫化二铟纳米材料产物经高速离心，然后再用分析纯无水乙醇清洗、干燥后即得到黄色粉末。上述过程中，纯度> 97%的四水合三氯化铟提供铟离子；硫代乙酰胺提供硫源； 去离子水作溶剂；十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂。本发明具有的有益效果是
1)制备方法简单，成本非常低，可以达到大量制备，产率超过95%。2)该制备方案在水溶剂形成溶液中进行，原料简单，未引入任何金属离子杂质，产物纯度高。3)制备得到的片状三硫化二铟纳米材料的比表面积高达69. 2m2/g,能大大提高三硫化二铟材料在光催化中的作用。
图1是实施例1制备的片状三硫化二铟纳米结构材料的透射电镜照片。图2是实施例1制备的片状三硫化二铟纳米结构材料的扫描电镜照片。图3是实施例1制备的片状三硫化二铟纳米结构材料的XRD表征图。图4是实施例1制备的片状三硫化二铟纳米结构材料的比表面积和孔径表征图。图5是实施例1制备的三硫化二铟纳米结构材料的可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的过程图。图6是实施例2制备的特定形貌的三硫化二铟纳米结构材料的透射电镜照片。图7是实施例3制备的特定形貌的三硫化二铟纳米结构材料的透射电镜照片。图8是实施例4制备的特定形貌的三硫化二铟纳米结构材料的透射电镜照片。图9是实施例5制备的特定形貌的三硫化二铟纳米结构材料的透射电镜照片。
具体实施例方式实施例1
按照制备过程进行。将0. 231g四水合三氯化铟加入盛有25ml去离子水的烧杯中，磁力搅拌7分钟，得到透明澄清溶液；另加入260mg十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌10分钟； 此时溶液仍然澄清，最后加入178mg硫代乙酰胺，磁力搅拌13分钟，得到淡黄色的溶液，此溶液作为反应先躯体。将溶液注入IOOml的三口圆底烧瓶，并置于有回流的反应加热系统中恒温，反应条件为95°C，80min。反应后溶液在10000r/min离心速率下离心15min。反复离心5次之后得到的固体常温真空干燥成粉末。透射电镜测试样品是将干燥后得到的固体粉末取出少量重新分散在无水乙醇中，用移液枪吸取两滴滴在干净的覆盖有一层碳膜的铜网表面。扫描电镜测试样品则是将样品粘于铝基样品台上，图1给出了按照实施例1得到的片状的三硫化二铟纳米材料的透射电镜照片。图2给出了按照实施例1得到的片状的三硫化二铟纳米材料的扫描电镜照片。从图1可以看出三硫化二铟纳米物质基本扭曲纳米片自然堆积形成；从图2可以明显看出片状的三硫化二铟团簇大致的整体形貌。图3为按照实施例1得到的片状的三硫化二铟纳米材料XRD表征，从图中可以看出片状的三硫化二铟不含杂质。图4给出了按照实施例1得到的片状的三硫化二铟纳米材料的比表面积及孔径表征，从图中可以得出二氧化锡的比表面积(BET)高达69. 2m2/g，孔径平均大小为40nm。 图5给出了实施例1得到的片状的三硫化二铟在可见光照射下降解亚甲基蓝得实验结果， 从图知可知，片状的三硫化二铟具有极高的可见光降解能力。实施例2
按照制备过程进行。将0. 231g四水合三氯化铟加入盛有25ml去离子水的烧杯中，磁力搅拌7分钟，得到透明澄清溶液；另加入260mg十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌10分钟； 此时溶液仍然澄清，最后加入178mg硫代乙酰胺，磁力搅拌13分钟，得到淡黄色的溶液，此溶液作为反应先躯体。将溶液注入IOOml的三口圆底烧瓶，并置于有回流的反应加热系统中恒温，反应条件为80°C，80min。反应后溶液在10000r/min离心速率下离心15min。反复离心5次之后得到的固体常温真空干燥成粉末。透射电镜测试样品是将干燥后得到的固体粉末取出少量重新分散在无水乙醇中，用移液枪吸取两滴滴在干净的覆盖有一层碳膜的铜网表面。图6显示产物为三硫化二铟片状纳米结构。实施例3
按照制备过程进行。将0. 231g四水合三氯化铟加入盛有25ml去离子水的烧杯中，磁力搅拌7分钟，得到透明澄清溶液；再加入178mg硫代乙酰胺，磁力搅拌13分钟，得到淡黄色的溶液，此溶液作为反应先躯体。将溶液注入IOOml的三口圆底烧瓶，并置于有回流的反应加热系统中恒温，反应条件为95°C，80min。反应后溶液在lOOOOr/min离心速率下离心 15min。反复离心5次之后得到的固体常温真空干燥成粉末。透射电镜测试样品是将干燥后得到的固体粉末取出少量重新分散在无水乙醇中，用移液枪吸取两滴滴在干净的覆盖有一层碳膜的铜网表面。图7给出了按照实施例3得到的三硫化二铟纳米材料的透射电镜照片。从图中可以看出产物为三硫化二铟花状和片状纳米的混合形貌。实施例4
按照制备过程进行。将0. 231g四水合三氯化铟加入盛有25ml去离子水的烧杯中，磁力搅拌7分钟，得到透明澄清溶液；另加入260mg十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌10分钟；此时溶液仍然澄清，最后加入178mg硫代乙酰胺，磁力搅拌13分钟，得到淡黄色的溶液，此溶液作为反应先躯体。将溶液注入100ml的三口圆底烧瓶，并置于有回流的反应加热系统中恒温，反应条件为95°C，80min。反应后溶液在10000r/min离心速率下离心15min。反复离心5次之后得到的固体常温真空干燥成粉末。透射电镜测试样品是将干燥后得到的固体粉末取出少量重新分散在无水乙醇中，用移液枪吸取两滴滴在干净的覆盖有一层碳膜的铜网表面。图8给出了按照实施例3得到的三硫化二铟纳米材料的透射电镜照片。电镜照片显示该条件下合成的产物为花状三硫化二铟物质。
实施例5
按照制备过程进行。将0. 231g四水合三氯化铟加入盛有22. 5ml去离子水和2. 5ml乙醇混合溶剂的烧杯中，磁力搅拌7分钟，得到透明澄清溶液；另加入260mg十六烷基三甲基溴化铵，继续搅拌10分钟；此时溶液仍然澄清，最后加入178mg硫代乙酰胺，磁力搅拌13分钟，得到淡黄色的溶液，此溶液作为反应先躯体。将溶液注入IOOml的三口圆底烧瓶，并置于有回流的反应加热系统中恒温，反应条件为95°C，80min。反应后溶液在lOOOOr/min离心速率下离心15min。反复离心5次之后得到的固体常温真空干燥成粉末。透射电镜测试样品是将干燥后得到的固体粉末取出少量重新分散在无水乙醇中，用移液枪吸取两滴滴在干净的覆盖有一层碳膜的铜网表面。图9给出了按照实施例5得到的三硫化二铟纳米材料的透射电镜照片。从图中可以看出乙醇的加入，所得的三硫化二铟形貌有较明显的团簇。
权利要求
1.一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法，其特征在于该方法的步骤如下(1)将四水合三氯化铟晶体加入到水溶剂中，制备出含铟离子的溶液反应体系；(2)向该含有铟离子的溶液反应体系中加入一定质量的十六烷基三甲基溴化铵粉末， 搅拌均勻后得到无色澄清溶液；(3)向第(2)步得到的澄清溶液中加入一定量的硫代乙酰胺，磁力搅拌，再次得到淡黄色溶液，并将该溶液作为先驱体溶液；(4)采用水热方法，将第(3)步所得的先驱体溶液在三口圆底烧瓶中回流加热，通过改变反应温度、反应溶剂及表面活性剂能够得到不同形貌的三硫化二铟纳米材料，将水热后所得的产物经离心洗涤、干燥后得到黄色粉末，该粉末为最终的三硫化二铟纳米结构材料。
2.根据权利要求1所述的一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法，其特征在于在第(1)步所述的铟离子的溶液反应体系中，四水合三氯化铟晶体的质量与溶剂体积的比例为0. 231g/25ml。
3.根据权利要求1所述的一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法，其特征在于在第(2)步所述的十六烷基三甲基溴化铵的加入量为0. 260g/25ml。
4.根据权利要求1所述的一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法，其特征在于在第(3)步所述的硫代乙酰胺的加入量为0. 178g/25ml。
5.根据权利要求1所述的一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法， 其特征在于在第⑷步所述的水热法是一种在有回流装置的三口烧瓶中加热的湿化学方法，加热温度为80°C 95°C，加热时间为SOmin ；所得三硫化二铟纳米材料的形貌为三硫化二铟薄片或有三硫化二铟薄片组成的花状团簇；所得到的不同形貌三硫化二铟纳米材料产物经高速离心，然后再用分析纯无水乙醇清洗、干燥后即得到黄色粉末。
全文摘要
本发明公开了一种水热合成片状形貌三硫化二铟纳米结构材料的方法。本发明是将四水合三氯化铟晶体加入水中，磁力搅拌形成澄清溶液；再加入一定量的表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵待其充分溶解后，最后加入一定量的硫代乙酰胺，直至完全溶解，溶液澄清，把所形成的溶液作为三硫化二铟的先驱体溶液；采用水热方法，将先驱体溶液在三口圆底烧瓶中回流加热，改变反应温度、反应溶剂及表面活性剂能够得到不同形貌的三硫化二铟纳米材料。本发明具有反应体系简单，反应温度低，三硫化二铟纳米材料的产率高，制备的片状纳米材料形貌可控且具有纯度高，性能好，比表面积大等优点，具有很好的可见光降解能力，实验具有相当好的可重复性。
文档编号B82Y40/00GK102303900SQ20111023765
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者叶方敏, 王岑, 蒋周峰, 蒋建中, 陈旭斌 申请人:浙江大学